Méthodes de détermination de la surface spécifique des roches. Détermination de la surface spécifique Installation pour la détermination de la surface spécifique par la méthode du lit

GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)

Groupe B59

NORME D'ÉTAT DE L'UNION DE LA SSR

POUDRES MÉTALLIQUES

Catalyseurs et supports. Détermination de la surface spécifique

poudres métalliques. Catalyseurs et transporteurs.
Détermination de la zone spécifique

Date de lancement 1992-01-01

INFORMATIONS DONNÉES

1. DÉVELOPPÉ ET INTRODUIT par l'Académie des sciences de la RSS d'Ukraine

DÉVELOPPEURS

V.N.Klimenko, V.V.Skorokhod, A.E.Kushchevsky, I.V.Uvarova, L.D.Bernatskaya, T.F.Mozol

2. APPROUVÉ ET INTRODUIT PAR Décret du Comité d'État de l'URSS pour la gestion de la qualité des produits et les normes du 27 décembre 1990 N 3376

3. Périodicité des inspections 5 ans

4. La norme est entièrement conforme à ST SEV 6746-89

5. REMPLACER GOST 23401-78

6. RÉGLEMENTATION DE RÉFÉRENCE ET DOCUMENTS TECHNIQUES

La présente Norme internationale spécifie une méthode de détermination de la surface spécifique des poudres métalliques, des catalyseurs et des supports de 0,05 à 1000 m/g par désorption thermique d'un gaz (azote ou argon).

L'essence de la méthode est de déterminer le volume de gaz d'abord adsorbé à la surface de l'échantillon analysé à partir du flux du mélange de gaz de travail (azote-hélium ou argon-hélium) à la température de l'azote liquide, puis désorbé avec une température croissante et calcul ultérieur de la surface spécifique de l'échantillon.

1. MÉTHODE D'ÉCHANTILLONNAGE

1. MÉTHODE D'ÉCHANTILLONNAGE

1.1. L'échantillon est prélevé selon GOST 23148*.
______________
GOST 23148-98

1.2. La masse de l'échantillon pour le test de détermination selon le tableau.

Avant la mesure, l'échantillon est séché dans une étuve jusqu'à poids constant.

2. ÉQUIPEMENT

Les installations (Fig. 1, 2) permettant de déterminer la surface spécifique sont constituées de 1 - cylindres à hélium; 2 - manomètres - selon GOST 2405* (2 pièces); 3 - préfiltres poreux (2 pièces); 4 - unité de mélange de gaz ; 5 - exemple de manomètre pour une pression de 0,1 MPa selon GOST 6521 ; 6 - Récipient Dewar selon NTD avec de l'azote liquide selon GOST 9293; 7 - pièges avec indicateur de gel de silice selon GOST 8984; 8 - cellules de comparaison et de mesure du détecteur par conductivité thermique ; 9 - Potentiomètre KSP-4 avec limites de mesure de 0-10 mV et temps pour que l'indicateur passe sur toute l'échelle pas plus de 1 s selon GOST 7164; 10 - intégrateur ; 11 - robinet d'arrêt (2 pièces); 12 - débitmètres conçus pour enregistrer le débit de gaz de 0 à 55 cm/min (2 pièces); 13 - vanne de dosage ; 14 - adsorbeurs 6 (Fig. 1) et 12 (Fig. 2) pièces; 15 - thermostat fournissant une température jusqu'à 400 °С; 16 - une bouteille d'azote ou d'argon de marque A conformément à GOST 10157; 17 - vanne à huit voies.
______________
* Sur le territoire de la Fédération de Russie, GOST 2405-88 s'applique. - Note du fabricant de la base de données.

Merde.1. avec un écoulement parallèle du mélange gazeux à travers les cellules du détecteur

Schéma d'installation permettant de déterminer la surface spécifique des échantillons
avec un écoulement parallèle du mélange gazeux à travers les cellules du détecteur

Merde.2. Schéma de l'installation de détermination de la surface spécifique des échantillons lors du passage séquentiel du flux de mélange gazeux à travers les cellules du détecteur

Schéma d'installation permettant de déterminer la surface spécifique des échantillons
pendant le passage séquentiel du flux de mélange gazeux à travers les cellules de détection

Les adsorbeurs avec échantillons sont combinés dans les blocs A et B (Fig. 2). Dans chaque bloc, selon la capacité requise de l'usine, il peut y avoir de un à six adsorbeurs.

La sensibilité du détecteur doit être comprise entre 0,7·10 et 0,8·10 mV.

Balances de laboratoire, fournissant une erreur de pesée ne dépassant pas 0,0002 g.

Thermomètre 3-A3 selon GOST 8624.

Chronomètre selon GOST 5072.

L'étui de séchage fournissant la température (200±20) °C.

Baromètre anéroïde.

Seringue médicale à injection d'une capacité de 1 cm.

Hélium de haute pureté selon la documentation normative et technique.

3. PRÉPARATION AU CONTRÔLE

3.1. Vérification de l'étanchéité de l'installation

A la sortie du gaz de l'installation, le robinet d'arrêt 11 est fermé, créant une surpression de 4 10 Pa dans le système, mesurée par un manomètre 5. Si la perte de charge ne dépasse pas 100 Pa en 20 minutes, l'installation est considéré comme serré.

3.2. Composition du mélange gazeux de travail

3.2.1. Un mélange argon-hélium ou azote-hélium avec une concentration gazeuse d'adsorbat donnée est utilisé comme mélange gazeux de travail. Il est permis d'utiliser de l'hydrogène séché comme gaz porteur.

3.2.2. La concentration de l'adsorbat dans le mélange gazeux est contrôlée par le rapport des débits de gaz porteur et de gaz adsorbat. A partir du rapport des vitesses de ces flux, la pression partielle du gaz adsorbat est calculée.

Cette méthode d'élaboration d'un mélange gazeux permet de calculer les isothermes totales d'adsorption et de désorption du gaz adsorbé et de déterminer la surface spécifique à partir des isothermes totales d'adsorption et de désorption (méthode de S. Brunauer, P.X. Emmett et méthode BET de E. Teller).

3.2.3. La préparation préliminaire de mélanges de gaz dans des bouteilles en fractions volumiques est autorisée :

adsorbat de 5 à 10 % ;

gaz vecteur de 90 à 95 %.

Le mélange est préparé sur un bloc constitué de deux bouteilles avec un gaz vecteur et un adsorbat, reliées par un tube en cuivre ou en laiton avec des écrous-raccords avec des joints en téflon, et un manomètre de référence pour une pression de 16 MPa.

La bouteille avec le mélange de gaz de travail doit être vieillie pendant 10 jours avant sa mise en service.

Lors de la nouvelle préparation du mélange, les bouteilles existantes avec une pression résiduelle du mélange de gaz de travail de 0,5 à 0,7 MPa doivent être utilisées.

Cette méthode de composition du mélange gazeux de travail permettra de déterminer la surface spécifique en un seul point.

3.3. Choisir l'intensité optimale du courant

Pour trouver l'intensité de courant optimale du détecteur, des expériences de contrôle sont réalisées en connectant des adsorbeurs vides 14. La vitesse de soufflage de l'installation avec le mélange de travail est fixée à (50 ± 5) cm/min. 5 minutes après la purge, une tension est appliquée au détecteur en réglant le courant à 50 mA à l'aide de l'ampèremètre.

La température et la sortie du signal du détecteur par conductivité thermique sont stabilisées dans les 30 à 40 minutes après la connexion de l'appareil au réseau et le passage du gaz à travers les cellules du catharomètre. Le processus de stabilisation est contrôlé par un potentiomètre.

Une fois la ligne zéro établie sur la bande graphique du potentiomètre, les adsorbeurs sont immergés séquentiellement dans des vases Dewar avec de l'azote liquide et les oscillations de la ligne zéro sont enregistrées. Lors du retour du stylo de l'enregistreur à sa position d'origine dans le dernier adsorbeur, le vase Dewar est remplacé par un récipient contenant de l'eau à une température de (20 ± 5) ° C pour accélérer la désorption. Cette opération est répétée pour chaque adsorbeur.

L'écart par rapport à la ligne zéro lorsque les adsorbeurs sont immergés dans de l'azote liquide et de l'eau est enregistré tous les 10-20 mA, modifiant la force du détecteur de 50 à 100 mA.

La valeur maximale de l'intensité du courant, à laquelle les fluctuations de la ligne zéro ne dépassent pas 30% de l'échelle du potentiomètre, est optimale.

La sensibilité du détecteur est assurée par une tension d'alimentation de 5 V, qui doit être constante pendant son fonctionnement.

3.4. Étalonnage du robinet de dosage

L'installation doit disposer d'un jeu de vannes doseuses d'une capacité de 0,1 ; 0,5 et 2,5 cm.

L'étalonnage des vannes de dosage est autorisé par toutes les méthodes connues au moins une fois par an. La méthode de certification des capacités dosées des volumes par la méthode adsorption-poids est prédominante.

La méthode la plus simple, mais la moins précise, est la méthode chromatographique pulsée à l'aide d'une seringue médicale. Le débit du mélange de gaz de travail ou du transporteur lors de la vérification des vannes de dosage doit être de (50 ± 1) cm / min. Après chauffage et établissement d'une ligne zéro sur le ruban du potentiomètre, un volume de gaz-adsorbat est injecté dans le flux de gaz avec une seringue médicale, correspondant aux volumes calibrés du robinet doseur. Les pics de développement sont enregistrés sur le potentiomètre et l'intégrateur. L'opération d'introduction de l'échantillon est répétée 10 fois.

Ensuite, un échantillon de gaz-adsorbat est introduit avec une capacité calibrée de la vanne de dosage. Pour ce faire, avec les flux de mélange de gaz de travail et de gaz d'adsorbat activés, la vanne de dosage est tournée de sorte que le volume de gaz d'adsorbat dans la vanne de dosage soit capturé par le mélange de gaz de travail et acheminé vers le détecteur. Les lectures sont enregistrées par un potentiomètre et un intégrateur. L'opération d'introduction de l'échantillon avec une grue doseuse est répétée 10 fois.

Les écarts admissibles de mesures parallèles ne doivent pas dépasser 3 %.

Les capacités calibrées des vannes de dosage () en centimètres cubes, réduites aux conditions normales, sont calculées par la formule

où est le volume de l'échantillon de gaz d'adsorbat injecté avec une seringue, cm ;

La surface moyenne du pic de développement, enregistrée par l'intégrateur lors de l'introduction d'un échantillon de gaz-adsorbat par un robinet doseur, cm;

- pression barométrique, Pa ;

- la surface moyenne du pic de développement, enregistrée avec l'introduction d'un échantillon de gaz adsorbé avec une seringue, cm;

- température de l'air dans la pièce, °С;

- pression normale,

3.5. Détermination de la concentration de gaz d'adsorbat (azote ou argon) dans le mélange de gaz de travail

En l'absence d'unité de mélange de gaz, la concentration de gaz d'adsorbat dans les bouteilles avec un mélange de gaz de travail est contrôlée soit selon les lectures d'un catharomètre pré-étalonné utilisant la méthode frontale. Dans ce cas, il devrait être possible de connecter indépendamment des bouteilles avec un gaz vecteur et un mélange gazeux à l'aide d'une vanne à trois voies aux cellules de détection de conductivité thermique.

Pour effectuer l'analyse, un flux de gaz porteur traverse les cellules de mesure et de comparaison du détecteur de conductivité thermique jusqu'à ce que les lectures du détecteur se stabilisent. Après établissement de la ligne zéro, le débit de gaz porteur dans la cellule de mesure du potentiomètre est remplacé par le débit du mélange de gaz de travail. Dans ce cas, le stylo de l'enregistreur s'écartera de la position zéro d'une distance et écrira une ligne parallèle au zéro.

La fraction volumique de gaz d'adsorbat () en pourcentage est calculée par la formule

où est le coefficient d'étalonnage du détecteur, cm, calculé par la formule

Distance entre les lignes avant et zéro sur la bande de l'enregistreur graphique, cm ;

- vitesse de la bande graphique, cm/min ;

- vitesse volumétrique du mélange gazeux de travail, cm/min ;

- volume calibré de la valve de dosage, cm ;

- la surface moyenne du pic de développement enregistré par l'intégrateur lors de l'introduction d'un échantillon gaz-adsorbat par un robinet doseur, cm

3.6. Préparation des adsorbeurs

Les adsorbeurs sont soigneusement lavés et séchés dans une étuve à une température de (200 ± 20) °C. Ensuite, il est pesé avec une erreur ne dépassant pas 0,0002 g, l'échantillon est chargé et pesé à nouveau pour déterminer la masse de l'échantillon. Les adsorbeurs sont choisis dans une capacité telle qu'un espace libre minimum reste au-dessus de l'échantillon pour le passage du mélange gazeux. Lors de la détermination de surfaces spécifiques jusqu'à 1 m/g, il est recommandé de faire passer le mélange gazeux dans les adsorbeurs à travers une couche de granulés de poudre. Pour éviter l'entraînement de la poudre, des cotons-tiges sont fournis.

3.7. Préparation du détecteur pour les mesures et dégazage de l'échantillon

3.7.1. Les opérations de préparation du détecteur et de dégazage de l'échantillon sont réalisées simultanément.

Pour préparer le détecteur, le mélange de gaz de travail de l'unité de mélange de gaz est passé à une vitesse de (50 ± 1) cm/min à travers le piège 7 (Fig. 1, 2), refroidi avec de l'azote liquide, six adsorbeurs dans le comparateur et les cellules de mesure du détecteur 8.

5 minutes après le début de la purge, une tension est appliquée au détecteur, définissant le courant ou la tension optimal. Le détecteur est chauffé dans le mélange gazeux de travail pendant 30 min. 15 minutes avant la fin de l'échauffement, le potentiomètre et l'intégrateur sont activés.

La disponibilité du détecteur pour le fonctionnement est vérifiée par la stabilité de la ligne zéro, qui est enregistrée avec le stylo de l'enregistreur de potentiomètre sur une bande graphique.

3.7.2. Le dégazage des échantillons est effectué en purgeant les adsorbeurs 14 avec un mélange de gaz de travail pendant 40 à 50 minutes. Le débit est contrôlé par un débitmètre 12. Un thermostat 15 est placé sous les adsorbeurs et la température est réglée en tenant compte de la stabilité thermique de la poudre, mais pas supérieure à 400°C. A la fin du dégazage, la plume de l'enregistreur passe au zéro et les échantillons sont refroidis à une température de (20 ± 5) °C.

4. MESURES

4.1. Les adsorbeurs alternativement, en commençant par le premier gaz dans la direction, sont immergés dans des vases Dewar avec de l'azote liquide. Afin d'éviter les fuites d'air par la ligne de sortie des gaz, en l'absence de dispositif automatique de relevage des adsorbeurs, il convient de les plonger dans l'azote liquide à une vitesse telle que le film dans le débitmètre 12 ne se déplace que vers le haut. Lorsqu'il est adsorbé, le stylo de l'enregistreur du potentiomètre s'écarte de la ligne zéro. Les adsorbeurs sont maintenus dans l'azote liquide jusqu'à ce que la plume de l'enregistreur du potentiomètre revienne à la ligne zéro, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'équilibre d'adsorption soit établi (15-30 min, selon le gaz adsorbant).

4.2. Le dernier adsorbeur le long du flux de gaz est retiré du vase Dewar avec de l'azote liquide et immergé dans un vase avec de l'eau. La température de l'eau dans le récipient doit être de (20 ± 5) °C.

Pendant la désorption, le stylo de l'enregistreur écrit le pic de désorption sur la bande graphique du potentiomètre et l'intégrateur affiche des chiffres proportionnels à la surface de ce pic.

Les mesures de désorption sont effectuées séquentiellement pour tous les échantillons restants.

4.3. Un échantillon de gaz-adsorbat est introduit dans le système par une vanne de dosage. Dans le même temps, des nombres sont enregistrés sur la bande graphique du potentiomètre et apparaissent sur l'intégrateur, correspondant à la zone du pic de développement, en fonction de la capacité calibrée de la vanne de dosage (). Lors du calcul de la surface spécifique, la capacité calibrée est prise en compte, dont la surface est plus proche de la surface enregistrée lors de la désorption du gaz adsorbat de la surface des échantillons de poudre mesurés.

4.4. Pour déterminer la surface spécifique d'une substance par la méthode BET, la mesure selon les paragraphes 4.1 et 4.2 doit être répétée à trois à cinq concentrations différentes du gaz d'adsorbat dans le mélange de gaz de travail entre : 3-5 ; 5-7 ; 7-10 ; 10-17 ; 17-25 %. La concentration du gaz adsorbat dans le mélange de gaz de travail est contrôlée par l'unité de mélange en fonction du rapport des débits volumétriques du gaz adsorbat et du gaz porteur.

La surface spécifique s'exprime comme le rapport de la surface totale d'un corps poreux ou dispersé dans un milieu donné à son volume ou sa masse. La surface spécifique est proportionnelle à la dispersité ou, ce qui revient au même, inversement proportionnelle à la granulométrie de la phase dispersée.

Valeur de surface spécifique

La capacité d'absorption des adsorbants, l'efficacité des catalyseurs solides et les propriétés des matériaux filtrants dépendent de la surface spécifique. La surface spécifique des charbons actifs est de 500 à 1500, les gels de silice - jusqu'à 800, les résines échangeuses d'ions macroporeuses - pas plus de 70 et les supports de diatomite pour la chromatographie gaz-liquide - moins de 10 m 2 /g. La surface spécifique caractérise la dispersion des matériaux pulvérulents : liants minéraux, charges, pigments, carburant pulvérisé, etc. La valeur de leur surface spécifique varie généralement de quelques dixièmes à plusieurs dizaines de m 2 /g. La valeur mesurée de la surface spécifique dépend de la taille des molécules sorbées. La même substance lors de la sorption de grosses molécules a une surface spécifique plus petite, tandis que lors de la sorption de petites molécules, elle a une surface spécifique plus grande. Pour les grosses molécules, la surface des petits pores, mesurée par la sorption des petites molécules, ne semble pas exister. Par conséquent, en plus de la surface spécifique, une caractéristique importante des corps poreux est la répartition de la surface des pores sur les rayons des pores (la répartition des pores sur les rayons).

Détermination de la surface spécifique

La surface spécifique est le plus souvent déterminée par la quantité de gaz inerte adsorbé par le matériau et par la perméabilité à l'air de la couche de poudre ou de matériau poreux. Les méthodes d'adsorption fournissent les données les plus fiables.

Les méthodes les plus utilisées pour déterminer la surface spécifique des matériaux en poudre reposent sur une évaluation de leur perméabilité à l'air ou de leur capacité d'adsorption vis-à-vis de divers gaz.

Méthode de perméabilité à l'air repose sur l'effet de filtrage de l'air à travers une couche de poudre d'une certaine épaisseur à pression atmosphérique. Pour déterminer la surface spécifique à l'aide de cette méthode, des dispositifs de différentes conceptions sont utilisés, par exemple, PSH-2. Le schéma de principe du dispositif PSKh-2 est illustré à la fig. 5. Situé dans un fossé 1 la cloison perforée est recouverte d'un cercle de papier filtre et la cuvette est remplie d'un échantillon de la poudre à tester, pesée sur une balance technique avec une précision de 0,01 g. La poudre est recouverte d'un second cercle de papier filtre et compacté avec un piston 2. L'épaisseur de la couche de poudre compactée est mesurée à l'aide d'un vernier monté sur la partie cylindrique en saillie du piston et d'une échelle millimétrique appliquée sur la surface extérieure de la cuvette. Le piston est retiré, le robinet 4 est ouvert et, à l'aide d'une poire en caoutchouc, 5 un vide est créé sous la couche du matériau à tester, suffisant pour soulever l'eau colorée remplissant le manomètre 3, dans la partie supérieure prolongée du manomètre. Fermez ensuite le robinet 4 et à l'aide d'un chronomètre, déterminer le temps de passage du ménisque du liquide entre les risques de contrôle 1-2 ou 3-4 sur le tube du manomètre. Au moins trois mesures parallèles sont effectuées, et pour les calculs ultérieurs, la valeur moyenne du temps de passage du ménisque liquide entre la paire de repères correspondante : « supérieure » ​​(1-2) ou « inférieure » ​​(3-4) est utilisé.

Lors du test de matériaux à grains fins, le ménisque du liquide descend très lentement dans le tube du manomètre et la paire supérieure d'encoches est utilisée pour raccourcir le temps de mesure. Lors du test de matériaux à gros grains, le liquide dans la jauge descend initialement si rapidement qu'il est difficile de mesurer avec précision le temps nécessaire à son ménisque pour passer entre les marques supérieures; dans ce cas, utilisez la paire d'encoches inférieure.

Une portion pesée de la poudre à tester g, g, déterminé par la formule

où ρ est la masse volumique du matériau testé, g/cm 3 .

Surface spécifique S, cm 2 /g, calculé par la formule

où K– constante de l'instrument (les valeurs K pour les paires d'encoches inférieure et supérieure sont indiquées dans le certificat de l'instrument); M- coefficient dépendant de l'épaisseur de la couche de matériau d'essai L et la température de l'air pendant la mesure (valeurs M donnée de référence); τ - le temps pendant lequel le ménisque du liquide tombe entre les risques correspondants ; g-échantillon de la poudre testée, g.

L'avantage de la méthode de perméabilité à l'air est la simplicité des instruments utilisés et la courte durée du test, ce qui la rend particulièrement pratique, par exemple, pour le contrôle en ligne du processus de broyage fin. Cependant, les valeurs de la surface spécifique mesurées par cette méthode dépendent fortement du degré de compaction des poudres testées, ce qui exclut pratiquement la possibilité de l'utiliser pour déterminer la surface spécifique des poudres très dispersées, qui sont souvent hygroscopique et très sujet à l'agrégation des particules. En pratique, la méthode de perméabilité à l'air est généralement utilisée pour étudier des matériaux en poudre dont la surface spécifique ne dépasse pas 5 000 à 7 000 cm 2 /g (0,5 à 0,7 m 2 /g).

méthodes d'adsorption permet d'étudier des poudres très dispersées de surface spécifique de 0,5 à 1000 m 2 /g. Si un corps solide, tel que du charbon, est placé dans un espace clos rempli de gaz ou de vapeur à une certaine pression, le corps solide commence à adsorber le gaz et sa masse augmente, tandis que la pression du gaz diminue. Après un certain temps, la pression devient constante et le poids corporel cesse d'augmenter. Sur la base des lois des gaz parfaits, si les volumes de la cuve et du solide sont connus, il est possible, en fonction de la diminution de la pression, de calculer la quantité de gaz (ou de vapeur) nécessaire à la formation d'un monomoléculaire d'adsorption saturé couche à la surface des particules du matériau Suis. Par taille Suis et à partir de la surface occupée dans une telle couche par une molécule de gaz d'adsorption, on peut calculer la surface spécifique du matériau étudié.

la valeur Suis en moles est calculé selon l'équation isotherme d'adsorption de S. Brunauer, P. X. Emmett et E. Teller (équation BET), qui a une forme linéaire

où Suis est la quantité de gaz adsorbé à la pression d'équilibre R, papillons de nuit; PS est la pression des vapeurs de gaz saturé à la température de l'expérience ; DE - constante d'énergie.

L'équation BET est valide dans la plage de valeurs P/P de 0,05 à 0,35.

En coordonnées "P/A (Ps-P) - P/Ps" l'isotherme d'adsorption selon la formule ci-dessus est représentée par une droite dont la pente est égale à ( C–1)/(A m ∙C), et le segment coupé sur l'axe des ordonnées est égal à 1/(A m ∙ C). Après avoir défini la valeur Suisà différentes valeurs P, obtenir les données nécessaires à la construction de l'isotherme d'adsorption et, par conséquent, à la détermination de la valeur Suis.

Les mesures sont réalisées à l'aide d'instruments utilisant le plus souvent l'adsorption d'azote à son point d'ébullition (78 K). Le poids de l'échantillon est pris en fonction de la surface spécifique attendue et varie de 0,03 à 0,15 g. Plus la surface est grande, plus le poids est petit. Avant de mesurer l'isotherme d'adsorption, toutes les substances précédemment adsorbées physiquement sont retirées de la surface de l'adsorbant. Ceci est mieux réalisé en pompant sous vide poussé. Pour l'élimination complète des substances physiquement adsorbées des pores les plus étroits (adsorbants microporeux), il est nécessaire de pomper à des températures de 350 à 400 o C.

Les mesures de la surface spécifique sont réalisées avec apport d'azote gazeux à la température de l'azote liquide. La surface spécifique de l'échantillon est calculée en fonction de la masse de l'échantillon, du volume de la cellule de mesure avec et sans échantillon et de la quantité de gaz adsorbée par l'échantillon.

Les résultats obtenus par la méthode d'adsorption donnent l'image la plus complète de la vraie valeur de la surface spécifique des matériaux à l'étude, car ils (contrairement aux résultats obtenus, par exemple, par la méthode de perméabilité à l'air) fixent non seulement la surface "externe" des particules, mais aussi la surface formée par la porosité interne des particules. Évidemment, la comparaison des valeurs de la surface spécifique des matériaux ne peut être effectuée que lorsqu'elles sont mesurées par la même méthode.

Il existe des méthodes directes et indirectes pour déterminer la forme des particules. Les méthodes directes comprennent : la microscopie optique (Figure 1) et la microscopie électronique (Figure 2).

Image 1– Images obtenues à partir d'un microscope optique

Figure 2– Images obtenues au microscope électronique

Les méthodes indirectes comprennent : les méthodes de diffusion de la lumière et les mesures rhéologiques.

Méthode de diffusion de la lumière utilisé pour évaluer la forme et la taille des particules de poudres monodisperses. Pour les systèmes polydispersés, un fractionnement préalable est nécessaire. La détermination de la forme des particules par la méthode de diffusion de la lumière est réalisée par l'intensité de la lumière diffusée d'une longueur d'onde donnée, en estimant le spectre de la lumière diffusée, ou par la polarisabilité de la lumière diffusée à une longueur d'onde donnée. La forme des particules colloïdales peut être déterminée par des méthodes de diffusion de la lumière à l'aide d'un ultramicroscope. Si les particules sont asymétriques, alors elles ont une brillance variable. Les particules sphériques ont une luminosité constante.

Méthode rhéologique la détermination de la forme des particules est basée sur le fait que les systèmes dispersés stables aux agrégats dilués ne forment pas de structure, et donc leurs propriétés rhéologiques sont proches ou similaires à celles d'un milieu de dispersion. La dépendance de la viscosité de ces systèmes à la concentration de la phase dispersée est linéaire et est décrite par l'équation d'Einstein :



(1)

où η 0 est la viscosité du milieu de dispersion ; φ f est la fraction volumique de la phase dispersée ; α est le facteur de forme des particules.

Dépendances η =F(φ f ) déterminer la valeur du coefficient α et tirer une conclusion sur la forme des particules (Figure 3) .

figure 3– Déterminer la forme des particules selon l'équation de viscosité d'Einstein

Le tableau 1 présente les principaux paramètres de la forme des particules.

Tableau 1– Paramètres de base de la forme des particules

Pour déterminer la surface spécifique, des méthodes d'adsorption et cinétiques sont utilisées. méthodes d'adsorption sont basés sur la détermination du volume ou de la masse d'une substance adsorbée sur la surface et formant une couche monomoléculaire. Les gaz, les liquides et les solides sont utilisés comme adsorbats. La méthode d'adsorption de gaz et la méthode d'adsorption de tensioactifs à partir de solutions sont les plus largement utilisées. Les données de test sont traitées selon la théorie BET.

Méthodes cinétiques sont basés sur la mesure de la résistance à la filtration de l'air ou des gaz à travers une couche de poudre. La filtration est réalisée à pression atmosphérique ou sous vide.

– Egorova, E.V. Phénomènes de surface et systèmes dispersés : manuel. allocation / E.V. Egorova, Yu.V. Polénov // Ivan. état chimique-technologique UN-T. - Ivanovo, 2008. - 84 p.

– Mikheeva, E.V. Phénomènes de surface et systèmes dispersés. chimie colloïdale. Collection d'exemples et de tâches / E.V. Mikheeva, N.P. Pikula, S.N. Karbainova // manuel pour les étudiants de XTF, FTF, EEF, IGND et IDO. - Tomsk : Maison d'édition TPU, 2008. - 116 p.

"Belov, V.V. Mise en œuvre informatique de la résolution de problèmes scientifiques, techniques et pédagogiques: un manuel / V.V. Belov, I.V. Obraztsov, V.K. Ivanov, E.N. Konoplev // Tver: TvGTU, 2015 . 108 p."

En plus des méthodes ci-dessus pour déterminer la surface spécifique des roches (par leur composition granulométrique, par la porosité et la perméabilité), il existe les méthodes suivantes pour estimer ce paramètre : la filtration, basée sur la mesure de la résistance à l'écoulement à travers un corps poreux de air; adsorption, ainsi que la méthode des atomes marqués.

Méthodes de détermination de la surface spécifique des milieux poreux basées sur l'utilisation du mode Poiseuille d'écoulement d'air à travers l'objet d'étude [i.e. basées sur l'utilisation de formules comme (1.35)] ne sont applicables que pour une estimation approximative de la surface de milieux homogènes à gros grains, dont la largeur des pores est très supérieure au libre parcours moyen des molécules d'air. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prendre en compte le glissement du gaz le long des parois des pores. La circulation des gaz dans un milieu poreux finement dispersé est grandement facilitée par le glissement des molécules le long des parois des pores, et la résistance d'un milieu à surface spécifique élevée au passage des gaz à travers celui-ci est parfois nettement inférieure à celles calculé par des formules comme (1.35), qui ne tiennent pas compte du glissement du gaz le long des parois. Ainsi, dans ce cas, il est possible d'utiliser une méthode basée sur la mesure de la résistance à l'écoulement à travers un corps poreux d'air raréfié en régime de Knudsen, qui est plutôt à caractère diffusif. Le régime de Knudsen s'installe lorsque les espaces interstitiels maximaux deviennent inférieurs au libre parcours moyen des molécules de gaz. Dans ce cas, les collisions de molécules entre elles deviennent rares (par rapport aux impacts sur les parois des pores). La dépendance du débit molaire de gaz sur la surface spécifique et d'autres paramètres est exprimée par l'égalité;

où SUD est la surface spécifique de l'échantillon, m2/m3 ; Q est le nombre de kilomoles d'air traversant 1 m2 de section d'un milieu poreux d'épaisseur ?x (en m) pendant 1 s à une perte de charge ?p (en Pa) ; M est le poids moléculaire relatif; air, kg/kmol ; R - constante de gaz universelle, J / (kmol - degré); T est la température de l'expérience, °C.

Des dispositifs spéciaux ont été conçus pour déterminer la surface spécifique des corps poreux à partir des résultats des mesures du régime de filtration de Knudsen.

Les roches qui composent le réservoir sont remplies d'un milieu liquide - de l'eau et de l'huile. La surface spécifique (par exemple, les argiles et certaines autres roches) sous l'influence du milieu aquatique peut changer, et les méthodes "sèches" de sa mesure ne correspondent pas toujours aux conditions réelles d'apparition des roches dans des conditions naturelles.

La surface spécifique des milieux poreux en milieu aqueux est généralement déterminée par adsorption de colorants ou par mesure de surface à l'aide de traceurs radioactifs. Dans ce cas, la surface des minéraux Syd est calculée à partir du nombre de molécules de traceur radioactif absorbées par le milieu poreux et à partir de la surface par atome de cette substance radioactive à la surface du cristal :

où bm est le nombre de moles (atomes) de la substance associée à 1 g de la phase solide ; u est la surface par atome d'une substance donnée à la surface d'un cristal (sa valeur est connue pour de nombreuses substances) ; N est le numéro d'Avogadro.

La quantité d'un ion radioactif absorbée par une substance lorsqu'elle est immergée dans une solution est déterminée par la diminution de l'activité du filtrat de la solution due à l'absorption de l'atome marqué par la phase solide.

La méthode d'adsorption occupe une place particulière dans la précision en raison du fait que la surface d'un milieu poreux est mesurée par des objets aussi petits que les molécules de la substance adsorbée, les recouvrant

Point de vue. milieu poreux. La surface spécifique du milieu poreux est calculée à partir de la quantité de substance adsorbée (c'est-à-dire du nombre de ses molécules) et de la surface par atome de la substance donnée.

Les méthodes d'adsorption pour étudier la surface spécifique des milieux poreux nécessitent un équipement complexe et des interprètes hautement qualifiés. Donc en laboratoire. physique du réservoir de pétrole, cette surface rocheuse est généralement estimée par des méthodes de filtration.

D'après les résultats des mesures de F.I. POV spécifique à Kotyakhova. noyaux varie de 38 000 à 113 000 m2/m3.